当前位置:芯片市场动态 → 正文

将光学元件集成到现有芯片设计中

责任编辑:zsheng |来源:企业网D1Net  2019-01-11 11:59:58 本文摘自:端科技

两年半以前,由麻省理工学院,加州大学伯克利分校和波士顿大学的团队领导的一个研究小组宣布了一个里程碑:制造一个工作微处理器,仅使用现有的制造工艺制造,集成电子和光学同一芯片上的组件。

然而,研究人员的方法要求芯片的电子元件由与其光学元件相同的硅层构成。这意味着依赖于较旧的芯片技术,其中电子设备的硅层足够厚以用于光学器件。

在最新一期的“ 自然”杂志上,由同一麻省理工学院,伯克利分校和BU团队领导的18名研究人员组成的团队报告了另一项突破:分别组装片上光学和电子技术的技术,可以使用更现代的晶体管技术。同样,该技术仅需要现有的制造工艺。

“这项工作最有希望的是你可以独立于电子设备优化你的光子学,”麻省理工学院电子研究实验室的研究科学家Amir Atabaki说,他是新论文的三位首批作者之一。“我们有不同的硅电子技术,如果我们可以为它们添加光子学,它将成为未来通信和计算芯片的强大功能。例如,现在我们可以想象一个微处理器制造商或GPU制造商,如英特尔或Nvidia说,“这非常好。我们现在可以为微处理器或GPU提供光子输入和输出。” 而且他们不需要在过程中进行太多改变以获得片上光学器件的性能提升。“

轻盈的感觉

从电气通信转向光通信对芯片制造商来说很有吸引力,因为它可以显着提高芯片的速度并降低功耗,随着芯片的晶体管数量持续增加,这一优势将变得越来越重要:半导体行业协会估计目前到2040年,计算机的能源需求将超过世界总输出功率。

在同一芯片上集成光学或“光子”和电子元件可进一步降低功耗。光通信设备目前在市场上,但它们消耗太多功率并产生太多热量以集成到诸如微处理器的电子芯片中。商用调制器 - 将数字信息编码到光信号上的设备 - 消耗的功率是研究人员新芯片中内置调制器的10到100倍。

它还占用了10到20倍的芯片空间。这是因为电子和光子学在同一芯片上的集成使Atabaki和他的同事能够使用更节省空间的调制器设计,这种设计基于称为环形谐振器的光子器件。

“如果没有集成电子设备,我们可以使用通常无法使用的光子架构,”Atabaki解释道。“例如,今天没有使用光学谐振器的商用光学收发器,因为你需要相当大的电子能力来控制和稳定谐振器。”

Atabaki在自然报纸上的共同第一作者是伯克利的博士生Sajjad Moazeni,以及科罗拉多大学博尔德分校的博士后Fabio Pavanello。资深作者是麻省理工学院电气工程和计算机科学教授Rajeev Ram; Vladimir Stojanovic,伯克利电子工程和计算机科学副教授; 和Milos Popovic,波士顿大学电气和计算机工程助理教授。麻省理工学院,伯克利大学,波士顿大学,科罗拉多大学,纽约州立大学奥尔巴尼分校的其他研究人员以及Ram,Stojanovic和Popovic帮助创建的综合光子学创业公司Ayar Labs也加入了他们的行列。

上浆晶体

除了数百万个用于执行计算的晶体管外,研究人员的新芯片还包括光通信所需的所有组件:调制器; 波导,在芯片上引导光线; 谐振器,分离出不同波长的光,每个波长可以携带不同的数据; 和光电探测器,将入射光信号转换回电信号。

硅 - 这是大多数现代计算机芯片的基础 - 必须在一层玻璃上制造,以产生有用的光学元件。硅和玻璃的折射率之间的差异 - 材料弯曲光的程度 - 将光限制在硅光学元件上。

之前由Ram,Stojanovic和Popovic领导的集成光子学的早期工作涉及一种称为晶圆键合的工艺,其中单个大晶硅晶体熔合到沉积在单独芯片顶部的玻璃层。新工作,能够在玻璃顶部直接沉积硅 - 具有不同的厚度 - 必须与所谓的多晶硅一起使用,多晶硅由许多小硅晶体组成。

单晶硅对光学和电子学都很有用,但在多晶硅中,光学和电学效率之间存在折衷。大晶体多晶硅在导电方面是有效的,但是大晶体倾向于散射光,从而降低光学效率。小晶体多晶硅散射光较少,但导体不是很好。

利用纽约州立大学奥尔巴尼分校纳米科学与工程学院的制造设施,研究人员尝试了一系列多晶硅沉积配方,改变了所用原料硅的类型,加工温度和时间,直到他们找到一个可以在电子和光学特性。

“我认为在找到合适的材料之前,我们必须经过50多个硅片,”Atabaki说。

关键字:设计 芯片 集成

本文摘自:端科技

将光学元件集成到现有芯片设计中 扫一扫
分享本文到朋友圈

关于我们联系我们版权声明友情链接广告服务会员服务投稿中心招贤纳士

企业网版权所有©2010-2019 京ICP备09108050号-6

^